海洋石油工程讲稿56章.docx
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海洋石油工程讲稿56章
第五章海洋集输
§5—1海洋油气集输的任务及集输方式
—、海洋集输的任务
１.采油采气
２.油气处理
3.原油储运
特点要求设备安装紧凑;
安全和自动化技术要求高，投资大。
二、海洋油气集输方式
１.全陆式集输方式
a.油气分离、处理、储存全在陆上进行
b.海上作业工程量少，因而投资省、投产快
c.只能用于离岸很近的油田。
d.三相混输，摩阻大，要求管径大。
２.半海半陆式集输方式
a.采集、分离、计量、脱水等在海上；
b.稳定、储存、中转等在陆上；
c.适应性较强，不论远海、近海都可采用；
d.必须铺设海底管线；
３.全海式集输方式
所有集输过程全在海上进行。
适于远海、深海油田。
费用较低，适于离岸较远的低产油田、边际油田。
§5—2原油储存
—、储油设备
设备容量:
按7～15天油田高峰日产量设计。
1、油轮特点：
机动性好、容易搬迁。
（1）油舱油舱是油轮用来装油的部分
（2）水舱（位于油轮四周）：
储存淡水；压舱调平衡。
（3）各种管路系统和设备
2.平台储罐
平台储罐的结构和附件与陆地油罐相同。
储油容量不可能很大。
容量过大，安全上就有问题。
3.海底油罐
使用水深：
小于100m的近海区；
容积：
几千立方米～几十万立方米；
形状：
圆桶形、长方形、椭圆抛物面形、球形等。
优点：
a.能避开风浪的冲击，天气恶劣时,可不间断生产。
b.海水能保护储油罐不因失火、雷电而发生危险。
c.罐底与海水连通,油水置换储油,油罐壁厚比陆上小；
要求：
海底地形平坦，海流对河床的冲刷不太严重。
1）倒盘形海底油罐
图5—2倒盘形海底油罐
图5—2为1969年建于波斯湾迪拜海的海底金属油罐。
结构参数：
高：
62.7m；外径76.2m；露出水面约13m；
上部：
30m高、9ｍ直径的圆筒；中间：
24ｍ的内罐；
罐体总重为12700吨；储油容积为80000米
。
罐四周用桩固定在海床上
收发油时油水界面升降速度：
0.3m/h;
圆筒上部平台上安装有输油泵和管路等生产设备。
2）
有防波墙的混凝土海底储油罐
此储油罐建于北海埃科菲斯克油田
结构参数：
长宽均为９２米，高90米;
容积：
15.8万米3
油田水深：
70米
罐内有9个储罐互相沟通；
罐四周用多孔防波墙围绕。
罐底面呈波纹形以增加与海底的摩擦力
防波墙高：
82.5米，海面以上12.2米。
二、水下储油工艺
1.储油原理：
油水置换
2.热损失途径
（1）主要散热区：
罐壁、罐顶
（2）油水界面散热量：
总散热量的2％～4％
（3）油水界面形成“凝油层”（边界层），减缓传热和传质。
3.加热方式：
外部循环加热；罐内盘管热介质加热。
§5—3原油装载
一、海上岛式码头
应用范围：
适于浅水海域
组成：
1个工作平台；2个系船柱；2个侧锚船柱；
用栈桥相连。
码头造价：
随着水深和油轮吨位增加而增加
图5—5海上岛式码头
二、多点系泊
操作比较复杂、费时，且不安全。
三、单点系泊
单点系泊:
是一种在海上将船舶与其系泊，并利用它对船舶进行海上石油的输送和装卸作业的终端
油轮象风向标似的随海流或风向的变化围绕着单点系泊装置自由转动，总是保持在最佳的抗风浪位置。
单点系泊具有安全、可靠、经济等优点
1.悬链锚腿系泊
由六根悬链将一个大直径的浮筒固定到海床上。
浮筒下部的软管与海底管道相连，通过该软管向油轮装油。
图5—6悬链锚腿系泊
2.单锚腿系泊
用一根粗锚链将一个长圆柱形浮筒固定在海床上
3.铰接塔式系泊
可以在恶劣海况中进行可靠的装油作业。
4.固定塔式系泊
该系泊的设计能抗南海的台风。
当台风来时，系泊的储油轮可迅速撤离，解脱后软管靠自重沉于海底。
5.刚性臂系泊
该系统用刚性臂将单点和油轮联结一来，减少了油轮的自由度，使油轮更稳定。
刚性臂系泊可以是悬链锚式、铰接塔式或导管架式。
图5—10刚性臂系泊
6.储油系泊联合装置
该装置把储油设备和系泊装置联在一起，特别紧凑。
图5—11储油系泊联合装置
§5—4海底管道输送
一、管道输送的优缺点
1.优点：
a.可以连续输送，几乎不受环境条件的影响；
b.海底管道铺设工期短、管理方便并且操作费用低。
2.缺点:
a.埋在海底的管线，检查、维修困难；
b.处于潮差区的管段：
受风浪、潮流、冰凌等影响较大，可能因海上漂浮物或船舶撞击或抛锚而遭受破坏。
c.用作油田原油（气）外输：
需要花巨额的初次投资。
要和用油轮外输进行经济对比。
3.不宜管道输送的情况:
a.油田离岸很远或属以边际油田性质;
b.海底有天然障碍而不能铺设管道;
c.长距离输送高凝固点和高粘度原油。
二、海底管道的铺设方法
1.铺管船铺管法铺管船是一个完整的海上预制加工厂；
只能在不封冻的海上长时间作业。
2.漂浮铺管法
需要在陆上加工场制作，并焊接成所需要的管段长度。
拖运过程中要注意风浪的影响和管线的弯曲变形，以免在施工时遭到破坏。
3.底拖铺管法
a.适于管道较短、岸上有现成的组装场所及风浪较平静的地方。
b.被拖管段的长度取决于船机的拖力和管段与海床的摩擦力。
图5—14底拖法铺管示意图
4.卷筒式铺管法
优点：
铺管速度很快，最适宜铺设海底软管。
缺点：
不能使用混凝保护层，管子直径不过大
5.垂直或大角度悬链式铺管法
这种铺管法适合于下列两种情况:
a.连接管道较短时
当需用较短的出油管道把海底井口和处理设施相连时，如动用传统的铺管设备就不经济了。
b.深水铺管
当进行深水铺管时要限制过度的弯曲就需要很长的托管架，一般铺管船不适应。
6.开沟铺管法
（1）需开沟的区域
a.高速海流会使管道产生位移的地区;
b.由于冲刷逐渐损坏的地区;
c.在有航行船只抛锚和捕鱼作业可能破坏管道的地区。
（2）开沟方法：
a.开沟犁开沟
b.喷射开沟法
第六章海洋金属的腐蚀和防护
海洋腐蚀：
是指在海洋环境作用下，金属由元素状态转变为离子状态时,发生化学变化引起的金属破坏。
一般的海船，每年因腐蚀而消耗的钢铁约500～700g/
。
一条五万吨级的远洋船，每年因腐蚀而消耗的钢铁可达40吨。
§6—1海洋金属的腐蚀类型
1.电流腐蚀（电化学腐蚀）
2.大气腐蚀
大气腐蚀主要是由于空气中的水和氧气引起的。
氧气：
产生的致密氧化膜保护金属表面，使腐蚀不致发生；
产生的疏松氧化膜对金属表面有一定的保护作用。
水：
如果氧化膜开裂或由于某种机械冲击或磨损使氧化膜遭到破坏，就有新的金属表面暴露在空气中，从而产生浓差电池效应。
3.应力腐蚀
应力：
可以是外力产生的，也可以是由加工成形、焊接或加热引起的残余应力。
应力产生的裂纹沿拉应力垂直的方向扩展。
应力腐蚀生成的裂纹几乎看不出有形的迹象，因为这些裂纹非常细微直到后期才能被发现。
4.腐蚀疲劳
腐蚀疲劳是在有腐蚀介质存在的条件下出现的使金属抗疲劳能力降低的现象。
在有交变应力存在的情况下，由于金属晶格结构扩张，使疲劳裂纹的传播加快。
腐蚀产生的锈斑使应力升高，并且成为裂纹的起始点。
§6—2海上平台金属的腐蚀特征
根据腐蚀条件的差别，一般可将海洋环境分为海洋大气区、飞溅区、潮差区、海水全浸区和海底泥土区五个区域。
腐蚀程度最严重的是飞溅区与潮差区。
1.海洋大气区
海洋大气湿度大，易在钢铁表面生成水膜，产生电化学腐蚀；
海洋大气中含有一定数量的盐粒和盐雾，它们积存在钢铁表面，形成了导电良好的液膜,造成严重的电化学腐蚀；
海洋大气比内陆大气对钢铁的腐蚀程度要高4～5倍。
渤海的海洋平台实测腐蚀厚度每年超过0.1mm，有的每年达0.2～0.3mm。
2.飞溅区
飞溅区位于高潮位上方
腐蚀特点：
（1）经常处于干湿交替状态，氧供应充足，氧扩散的路程最短，盐分不断浓缩，温度差异大，腐蚀最严重
（2）气泡对构件表面的冲击，使构件上的保护膜和覆盖层易被破坏。
飞溅区的腐蚀速度（碳钢）：
东海：
0.34mm／年，
南海：
0.65mm/年。
渤海湾：
0.45mm／年，个别地方＞1.0mm／年，还有不少深度为2mm以上的蚀孔。
阿拉斯加的柯克湾：
2.5mm／年。
3.潮差区
范围：
从高潮位到低潮位的区间称为潮差区。
腐蚀特点：
1.经常与饱和空气的海水相接触，处于周期性的干湿交替状态，使得腐蚀加剧。
2.海生物能高潮位及低潮位的附近部位寄生，海生物一旦脱落时，往往夹带漆脂，形成局部电池（海生物覆盖部分为阴极区，海生物与漆膜脱落后的裸钢部分为阳极区），而使阳极区部位发生严重的局部腐蚀。
中潮位附近：
阴极保护约有50％的保护效率；
平均中潮位到平均低潮位：
约有70％保护效率；
平均中潮位到平均高潮位：
阴极保护效率较差，主要是浸泡率较低，因而阴极保护不能充分发挥作用。
4.海水全浸区
腐蚀特点：
受溶解氧、流速、盐度、污染以及海生物等的影响。
溶解氧对腐蚀起主导作用。
海水中的溶解氧来源于大气和海中植物的光合作用，其浓度与流速和深度等因素有关。
在表层，溶解氧往往是饱和甚至是过饱和的，因此腐蚀比较严重。
在低潮位以下约1m的范围内，腐蚀比潮差区和深水区严重得多。
5.海底泥土区
Ø海泥中钢铁的腐蚀要比海水中轻得多。
Ø海底泥土区平均腐蚀率：
0.02—0.08mm／年。
缺氧气，电阻率大。
Ø表层淤泥种类对海洋平台底部的腐蚀会有很大的差别。
Ø浅层泥中：
腐蚀严重
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